Якорь коллекторного электродвигателя

Профессор пизанского университета Антонио Пачинотти изобрел в 1860 году кольцевой якорь для электродвигателя. Это замечательное изобретение совершило целый переворот в развитии электрической машины. Но, как и многие большие открытия, оно было чуть-чуть преждевременно, и время отомстило ученому, опередившему его медлительное течение: кольцевой якорь был забыт и вновь изобретен несколько лет спустя французским столяром Зиновием Граммом.

Что же за штука такая — кольцевой якорь? Для того чтобы понять это, надо вновь вернуться к Фарадею.

Фарадей долго изучал, почему же при движении катушки около магнита в катушке, если она замкнута, появляется электрический ток. Все опыты показывали, что вокруг магнита на другие магниты или на проводники, по которым течет ток, действует сила, причем сила эта направлена по линии, выходящей из северного полюса магнита и входящей в южный полюс. Увидеть линии действия магнитной силы можно, насыпав на картон железных опилок и встряхнув его несколько раз над магнитом: опилки лягут точно по магнитным линиям. Понятно, что вокруг магнита происходит какое-то, изменение в окружающем его веществе, которое можно обнаружить, если поднести магнитную стрелку (она расположится по магнитной линии), насыпать опилок на картон (они лягут вдоль магнитных линий), приблизить провод, по которому течет ток (он будет двигаться, если его не закрепить), или, наконец, передвигать возле магнита, как говорят — в магнитном поле, катушку, в которой появляется ток. Фарадей обнаружил, что ток в катушке наводится лишь тогда, когда при движении она пересекает магнитные линии.

При чем же здесь якорь, да еще такой, который не бросают с корабля на дно?

Само название заимствовали у немцев. Вначале «якорем» называли стальную пластину, замыкавшую полюсы магнита или электромагнита. К пластине подвешивали груз, чтобы испытать силу притяжения, и это делает понятным название «якорь».

shema-yakarya

По привычке так же стали называть часть электрической машины, находящуюся между полюсами, хотя она не удерживала груз, а вращалась. Название закрепилось благодаря форме: иногда якори делали в виде двух «Т», соединенных хвостами. На хвосты наматывалась обмотка, а плечи Т удерживали ее при вращении. Сейчас по старой привычке якорем называют ту часть электрической машины, в обмотке которой протекает ток нагрузки.

Индуктором называют электромагнит, возбуждающий поле. Итак, речь идет об электромагнитах с железными сердечниками и находящихся между их полюсами железных якорях.

Дело в том, что железо усиливает действие магнита. Еще современник Фарадея, американский физик Генри, строил электромагниты с железным сердечником, которые притягивали в несколько раз сильнее, чем электромагниты без него. А чем сильнее магнитное поле, тем мощнее электрическая машина при тех же размерах. Стало быть, для того чтобы повысить мощность электрических машин, нужно было сделать сердечники электромагнитов и якори из железа.

Так и поступали изобретатели первых электрических машин.

Но они неясно представляли себе действие магнитов и делали эти сердечники в виде отдельных стержней. При вращении расстояние между этими стержнями все время менялось — и магнитные линии проходили большей частью по воздуху, а не по железу. В двигателе Якоби магниты все время перемагничивались, и на это уходила энергия, — понижался коэффициент полезного действия двигателя.

Пачинотти сделал якорь двигателя в виде кольца, на которое намотана обмотка — несколько катушек изолированной проволоки.

Конец каждой катушки и начало следующей были припаяны к одной из нескольких пластин коммутатора, похожего на коммутатор в двигателе Якоби. Медные пластинки были установлены на поверхности букового валика так, что их разделяли участки дерева. Ток к коммутатору подводился с помощью двух щеток. Якорь мог вращаться на оси между двумя полюсами электромагнита, наконечники которого имели полукруглую форму, так что между якорем и электромагнитами всегда было одинаковое расстояние, постоянный зазор. Магнитные линии, выходившие из северного полюса электромагнита, проходили через этот зазор, затем по железному кольцу якоря и, вновь пройдя через зазор, входили в южный полюс. При вращении якоря катушки пересекали магнитные силовые линии, и в них возникал индуктированный ток.

electrodvigatelЕсли же якорь через два металлических колесика присоединялся к батарее, ток начинал протекать по обмотке — и на ее катушки начинала действовать электромагнитная сила, как на всякий проводник с током, находящийся в магнитном поле. Эта сила равномерно вращала якорь, как проволоку в первом опыте Фарадея. Значит, машина работала и двигателем и генератором.

В машине Пачинотти было еще одно важное усовершенствование: кольцо якоря было зубчатым, и катушки лежали в пазах между зубцами.

Изобретение пизанского профессора было забыто, потому что сам он не был инженером и не применил его на практике, а в Италии не было больших заводов, которые могли бы использовать его идею.

Прошло десять лет, и во Франции был взят патент на почти точно такую же машину. Изобрел ее совершенно самостоятельно столяр и модельщик Зиновий Грамм, работавший на электромеханическом заводе фирмы «Алианс», в Париже. Машина эта была в шесть раз легче, чем самая лучшая в то время машина старого типа такой же мощности. Да и коэффициент полезного действия ее был много выше.

Через несколько лет заметили, что часть обмотки, проходящая внутри кольца, пропадает без пользы, и стали наматывать обмотку на цилиндрический якорь так, что две стороны катушки располагались по поверхности цилиндра, а две другие проходили по его торцу.
Когда стали строить более мощные машины, обнаружили, что на гладкой поверхности якоря очень трудно закрепить обмотку.

Сперва ее стягивали кольцами, похожими на обручи бочки, или приматывали к железу проволокой. Зубцы же, которые изобрел Пачинотти, забыли. Но крепление кольцами или проволокой, бандажом, как его называют, ненадежно.

Похожие статьи:

WEG-dvigatel-voltstroy

Двигатель «наоборот» и сито из электронов

Негромко шурша вращаются триерные барабаны, усеянные изнутри рябью из тысячи...